Диплом. Диплом Ионов А.В. 1. Теоретическая часть
 Скачать 1.71 Mb.
|
|
Времязадающий резистор Rt Длительность периода off-time задается резистором  .Для примера, при Rt =309 кОм величина toff = 5,482 мкс. Величина при заданном коэффициенте заполнения D определяет номинальную рабочую частоту переключения Fsw: Fsw= (1-D)/toff При этом коэффициент заполнения D зависит от соотношения напряжения на светодиодах и напряжения питания микросхемы СРС9909: D= VLED/VBULK, VLED—номинальное напряжение на выходе драйвера, VBULK — напряжение на выходе выпрямительного моста. Таким образом, номинал Rt зависит от величины номинальной рабочей частоты переключения:  ,  . Рекомендованная частота переключения Fsw составляет 30...120 кГц — это оптимальный диапазон, позволяющий создать драйвер с высокой электромагнитной совместимостью и при этом использовать компактную индуктивность. Индуктивность Индуктивность ограничивает динамику изменения тока на выходе драйвера и таким образом определяет величину высокочастотных пульсаций тока в светодиодах. Значительное превышение тока в светодиодах над средним значением приводит к быстрой деградации кристалла светодиода и снижает ресурс работы светодиода. Особо сильные пульсации способны вывести светодиод из строя за счет импульсного пробоя. Поэтому на этапе проектирования необходимо ограничить уровень пульсаций на выходе драйвера на безопасном для светодиодов уровне. Ограничим уровень пульсации величиной 30% от величины среднего тока ILED_AV (ILED_AV— номинальный ток на выходе драйвера):  . Для поддержания выбранного уровня пульсаций тока в светодиодах (30%) потребуется использовать индуктивность следующего номинала:  .При этом пиковое значение тока в индуктивности, нормированное для каждого отдельно взятого индуктора, соответствует ILED_AV и может быть определено по формуле:  На данном этапе важно определить доступность для заказа индуктора с полученными параметрами, а также его габаритные размеры и стоимость. Если требуемый индуктор недоступен, дорог либо слишком велик, необходимо провести коррекцию указанного выше расчета. Пытаться применять заказную индуктивность целесообразно только в случае безуспешности коррекции расчетов. Токоизмерительный резистор RSENSE При работе от встроенного источника 250 мВ (без использования входа LD) величина пикового значения тока в светодиодах, ограничиваемого драйвером, определяется номиналом резистора RSENSE: 𝐼𝐿𝐸𝐷_𝑚𝑎𝑥=250/𝑅𝑆𝐸𝑁𝑆𝐸. Выбрав уровень пульсаций на выходе драйвера (30%), можно определить величину пикового тока на выходе драйвера:  Требуемый средний ток на выходе драйвера (ILED_AV) позволяет определить номинал резистора RSENSE в схеме драйвера: Rsense= 250 /ILED_max .Мощность, выделяемая на датчике тока, может быть оценена величиной:  . Входной фильтрующий конденсатор Конденсатор фильтрации 50 Гц. Входное переменное напряжение после выпрямления прикладывается к входному конденсатору, номинал емкости которого CBULK выбирается исходя из минимального значения выпрямленного напряжения и мощности, потребляемой драйвером из внешней питающей сети:  ,Где  .При этом уровень потребляемой из питающей сети мощности РАС определяется как сумма мощностей потерь в драйвере и мощности, отдаваемой в светодиоды. Мощность потерь складывается из потерь в транзисторе, дросселе, обратном диоде и резисторах, а также мощности, потребляемой микросхемой СРС9909. Минимальное напряжение VAC_min определяется в техническом задании на драйвер (нижний порог напряжения питания драйвера),а FAC — номинальная частота переменного тока в питающей сети. Напряжение VBULK_min — сумма напряжений на выходе драйвера и падений напряжений на измерительном резисторе, открытом транзисторе и дросселе. Вторым параметром, определяющим выбор конденсатора, является номинальное напряжение фильтрующего конденсатора. Необходимо помнить, что электролитические конденсаторы имеют паразитные параметры наиболее важный из которых — ESR, или эквивалентное последовательное сопротивление которое приводит к нагреванию конденсатора при протекании импульсных токов. При выборе конденсатора необходимо убедиться в том, что он будет выдерживать максимальный импульсный ток при максимальной температуре, a его параметр ESR стабилен в необходимом диапазоне частот (от 120 Гц до 100 кГц). Эффективная последовательная индуктивность (ESL) — другой паразитный параметр ограничивающий эффективность электролитического конденсатора на высоких частотах. Комбинация значений ESR в нужном диапазоне температур и наличие большого ESL могут потребовать дополнительного параллельного включения танталового конденсатора, который будет устранять высокочастотные выбросы напряжения. При этом снижается влияние ESL во всем температурном диапазоне. Предохранитель Fuse и термистор Rthm Предохранитель должен обеспечить защиту схемы от превышения потребляемого тока в включенном состоянии на протяжении период коммутации (turn-on). Рекомендуется выбрать предохранитель, номинал которого будет в три пять раз выше пикового входного тока:  ;  .Термистор, включенный последовательно с входным выпрямительным мостом, защищает от превышения зарядного тока входного конденсатор в момент первого включения драйвера. Номинал термистора можно рассчитать по формуле:  Входной выпрямитель Выбор входного выпрямителя зависит от максимального входного напряжения VAC_max прямого номинального и пикового тока. Значение тока через один диод IRECT должно быть выбрано исходя из коэффициента 1,5к среднему входному току  Где  При этом весь диодный мост должен обеспечил пятикратный запас прямого рабочего тока IАС_AVG  Конденсатор цепи питания Cvdd Вывод VDD микросхемы СРС9909 должен быть соединен с землей с помощью конденсатора c низким ESR для эффективного подавления высокочастотных выбросов напряжения (типовое значение 0,1 мкФ). Выбор диода и MOSFET-транзистора Максимальное напряжение на диоде VD и MOSFET-транзисторе равно выпрямленному напряжению на входе схемы. Для увеличения надежности необходимо обеспечить запас в 50%: 𝑉𝑀𝑂𝑆𝐹𝐸𝑇_𝐷𝑆𝑆 = 1.5𝑉𝐵𝑈𝐿𝐾 Максимальный среднеквадратичный ток через транзистор зависит от скважности импульса D. Выберем транзистор с трехкратным запасом по току: 𝐼𝑀𝑂𝑆𝐹𝐸𝑇 = 3 𝐷𝐼𝐿𝐸𝐷 Для драйвера мощностью 5...10 Вт транзистор XTA8N50P является наиболее подходящим выбором: выполненный в SMD-корпусе D2-Pack потехнологии Polar, данный MOSFET обеспечивает 80%-ное снижение сопротивления канала при одновременном уменьшении заряда затвора Qg, что обеспечивает более высокий КПД схемы преобразователя. При этом транзисторы семейства Polar имеют низкое значение теплового сопротивления Rjc, что облегчает отвод тепла от кристалла транзистора и повышает надежность драйвера. Рабочее напряжение на диоде соответствует максимальному напряжению на выходе драйвера с запасом 50%,а среднее значение тока через диод зависит от скважности D и от среднего тока в светодиодах. Рекомендуется выбирать диод с трехкратным запасом потоку[29].Наименование элементной базы в таблице 2.1 Таблица 2.1
Обоснование выбора элементной базы Высоковольтный драйвер сверх ярких светодиодов MXHV9910 в корпусе 8-leadSOIC имеет параметры: Входное напряжение от 8В до 450В Рабочая температура в диапазоне температур -40 до +85 Эффективность >90% Питание последовательно и параллельно включенных светодиодов Регулировка тока светодиодов Линейная и ШИМ регулировка яркости Верхний и нижний выход Установка рабочей частоты внешним резистором Характеристики элементной базы В таблице 2.2 приведены типономиналы с конструкционными параметрами, которые необходимо знать для выполнения трассировки печатного узла. Таблица 2.2
Трассировка печатного узла Трассировка разработана в программе P-CAD 2006. Система P-CAD предназначена для проектирования многослойных печатных плат (ПП) вычислительных и радиоэлектронных устройств. В состав P-СAD входят четыре основных модуля - P-CAD Schematic, P-CAD PCB, P-CAD Library Executive, P-CAD Autorouters и ряд других вспомогательных программ.[29] Принципиальная схема предоставлена на рисунке 2.5.1  Рисунок 2.5.1. Схема принципиальная  Рисунок 2.5.2 Трассировка печатной платы в программе P-CAD 2006 |